卫星海洋学试题说课材料

1、问答题§ 11.1 复习题（ Questions for Review ）第一套复习题1. 请将下列电磁波按频率由小到大排序：C波段、Ku波段、X波段、红光、蓝 光、绿光、紫外光、黄光、黄绿光、近红外、远红外、无线电波。2. 什么波长范围的电磁波称为可见光？其对应的频率范围是什么？3. 菲涅耳反射率与发射率有何关系？与吸收率、 透射率的关系？推导中用了什 么定律？举出两个例子a）在海水可见光红外波段情况下 b）在海水微波波段情 况下菲涅耳反射系数和反射率的数值。4. 写出德拜方程的表达式。 为什么 L 波段的微波辐射计适于测海表面盐度？相 对电容率的变化通过什么公式导致辐射计接收到的

2、亮温 etTs 也随之变化？5. 写出普朗克定律的表达式，解释公式中出现的每一个物理量和常数，并由此 推导瑞利金斯定律。 这两个定律分别适用于红外、 可见光、 微波波段三个波段 中哪些波段的辐射度计算？6. 简要阐述米氏散射和瑞利散射的适用条件。 大气层空气分子的散射属于那一 种？气溶胶散射对可见光、红外和微波（例如 5.3GHz）波段各属于那一种？指 出气溶胶粒径的主要分布范围和 5.3GHz微波波长。7. 分别写出兰伯比尔定律的微分和积分形式， 并指出衰减系数与复折射率的 关系。8. 写出水色遥感大气校正的最基本方程，并介绍各项的物理意义。指出在 440 纳米和清洁水条件下，各项对卫星信号

3、的贡献占多少？10. 画出典型的一类水体叶绿素的离水辐射的光谱曲线图。以SeaWiFs为例，利用那两个波段（用中心波长表示） 的离水辐亮度的比值可以反演叶绿素浓度？该 方法通常又叫什么名字？11. 分别写出镜面反射和布喇格共振理论计算标准化雷达后向散射截面c0的公式。二者通过什么函数与风速相联系？12. 解释概念： Range， Geoid， Topography ， Dynamic height ， Geoid Undulation ， Reference Ellipsoid 。大地水准面起伏主要是由什么原因引起 （回答一个 最主要原因） ？其变化的范围是什么？海面地形是由什么原因引起 （回

4、答三个最 主要原因）？其变化的范围是什么？13. 卫星到海面距离如何测得？ Topex/Poseidon 测量海平面高度的精度精度可 达多少？海面到地心的距离如何计算？海面地形异常可用什么公式计算？14. 写出合成孔径雷达的纵向距离分辨率。合成孔径雷达的采样距离与卫星速 度、采样时间长度有什么关系？与真实孔径雷达有什么关系？与真实孔径雷达分 辨率比较，采样距离与孔径有什么关系？第二套复习题1. 请将下列电磁波按波长由小到大排序：C波段、Ku波段、X波段、红光、蓝 光、绿光、紫外线、黄光、黄绿光、近红外、远红外、热红外。2. 计算地球同步轨道卫星的近似高度和太阳同步轨道卫星 （卫星绕地球旋转周

5、期是 100 分钟）的近似高度。 列出万有引力定律与牛顿第二定律的公式。 并列出 角速度与旋转周期的关系式。3. 在可见光和红外波段电磁波于海气界面的传递中，复折射率、菲涅耳反射率 和发射率是多少？在10GHz的微波于20?C的海气界面的传递中，相对电容率、 菲涅耳反射率而后发射率是多少？指出菲涅耳反射率有什么公式计算？相对电 容率有什么公式计算？4 麦克斯韦方程组是关于电磁场传播的波动方程。请完成下列问题：1）出麦氏方程组2）写出电场的一个特解3） 写出光速C与真空电容率& 0以及真空磁导率卩0的关系式4）写出在有介质（非真空）情况下复折射率与相对电容率的关系式5）分别说明复折射率的

6、实部和虚部的各自的物理意义。5 阐述光学厚度和穿透深度的定义和单位，以及二者之间的关系。对于10GHz的电磁波，20?C海水的衰减系数和穿透深度是多少？这些数据的物理意义是什么？6 在有边界的电磁波的传输中，哪几个物理过程对传感器接收的信号做出贡 献？在方程 T = TA（1 - t ） + t eSTS + t （1-eS ） + t （1-eS） （1 - t ） TA 中，右侧三项各代表什么？每一个字母表示什么？三项中每一项的贡献大约是多 少（假设海水27?C, 35psu的盐度，电磁波频率5GHz大气清洁）？7. 写出离水辐亮度Lw （入，B ）与平均日地距离处大气层外垂直入射的太阳辐

7、 照度（入）的关系。指出图6-3中五个箭头代表的物理量的名称。8. 写出六种与水色遥感有关的卫星与传感器的名称（中文全称和英文缩写）， 并指出水色遥感涉及海洋水体要素的三种主要产品名称。9. 布喇格共振条件是什么？指出其中各符号名称。已知c0dB=10 log（ c 0）,式中左侧c 0dB是用分贝表示的标准化雷达后向散射截面，右侧c0是无数学单位的标准化雷达后向散射截面。如果c 0增加到原来的100倍，c 0dB增加 多少？10. 散射计测海面风一般给出几组解？如果使用5.3GHz的C波段散射计，当入射角是 45?时，水面上什么波长的波浪与入射的电磁波共振？11 . 大地水准面起伏由何原因引

8、起？其变化尺度和变化范围是什么？海面地 形的定义及产生原因是什么？潮汐、 海流、海表面风和大气压可引起多大尺度的 海面地形变化。12. 高度计测有效波高的原理是什么？测卫星到海面距离的原理是什么？测 风速的原理是什么？13. 写出合成孔径雷达的距离分辨率（ range resolution ）、方位分辨率（ azimuth resolution ）、方位角分辨率（ azimuth angle resolution ）的表达 式。哪一个分辨率与采样时间的卫星通过的距离有关？与真实孔径雷达的距离分 辨率相比，哪一个量相当于“合成孔径”？14. 写出菲涅耳反射率的表达式，以及菲涅耳反射率与菲涅耳反射

9、系数的关 系式。第三套复习题1. 请分别采用纳米（nm）和微米（卩m）为单位阐述什么波长范围的电磁波称 为可见光？如果一个雷达的频率是 1.5GHz, 它的波长应是多少厘米？2. 什么叫水平极化和垂直极化？3. 给出反射比、吸收比、发射比、透射比的定义和英文表述，它们的基本关系 是什么？基尔霍夫定律（Kirchoff Law）条件是什么？在条件满足的情况下该定 律表达什么思想？4. 发射率e在海气边界与菲涅耳反射率p的关系是 e=1- p；发射率e大气内部 与透射率 t 的关系是 e=1-t 。试用基尔霍夫定律( Kirchoff Law )对以上两个 公式做出解释。已知大气光学厚度，如何计算

10、透射率 t ?5. 简要阐述米氏散射和瑞利散射的适用条件。 大气层空气分子的散射属于那一 种？气溶胶散射对可见光、红外和微波(例如 5.3GHz)波段各属于那一种？指 出稳定气溶胶粒径的主要分布范围和 5.3GHz微波波长。6. 写出合成孔径雷达纵向距离分辨率( azimuth resolution on the surface ) 的包含采样距离的表达式。 合成孔径雷达的采样距离与卫星速度、 采样时间长度 有什么关系？合成孔径雷达的采样距离与真实孔径雷达的孔径有什么关系？7. 请给出下列变量的定义和相互关系：复折射率(回答其实部和虚部的物理意 义)、相对电容率、光学厚度、衰减系数和穿透深度(

11、又称皮层深度)。分别对 于微波和可见光，请举例说明复折射率或相对电容率的大小、穿透深度的大小。8. 在不考虑大气效应的情况下， 微波辐射计探测到的海面亮温与海面真实温度的关系是TR=eTS请说明哪一项是亮温？哪一项是海面温度？如何计算海面发 射率e?利用这个公式可以反演海面温度和盐度。在哪一个波段范围的微波辐射计适合用来探测海面盐度？在哪一个波段范围的微波辐射计适合用来探测海面 温度？为什么？9. 布喇格共振散射( Bragg-Resonant Scatter )、镜面反射 (Specular Reflectance) 、多普勒效应( Doppler Effect )、海面发射率( Sea S

12、urface Emissivity )和德拜方程( Debye Equation )这五个物理概念中，哪些与微波辐 射计遥感有关？哪些与高度计遥感有关？哪些与散射计遥感有关？哪些与合成 孔径雷达(SAR遥感有关？10. 辐射度L和辐照度E有如下关系：LQ=E。试从辐射度L和辐照度E的定义出发，推导各向同性介质内部光场的 Q因子(Q factor of light field)。11. 请简要介绍高度计、 水色扫描仪、 红外辐射计、 微波辐射计、 合成孔径雷达、 散射计的一至两项主要用途。 指出属于被动 (不辐射电磁波而只接受被检测体的 辐射)还是主动(既辐射电磁波又接受其在被检测体的回波信号)

13、遥感方式，并 指出属于可见光、红外、微波三种波段类型中何种。12. 写出单位角dQ的定义和微面积元dS的表达公式，式中包括单位的英文缩 写，计算整个球面的立体角。13. 有那些物理量能够描述电磁波的辐射功率？请给出它们的定义和中英文名 称和单位。辐亮度与辐照度有什么区别？反射率与发射率有什么区别。14. 热红外测海面亮度温度或微波测海面亮度温度的理论依据是什么？根据哪 个定律(或方程) 进行计算？使用主动还是被动的传感器测海温， 为什么？测温 传感器接收信号是海面的辐射度 L还是辐射强度I ?为什么？第四套复习题1. 什么是光学厚度( optical thickness )和皮层深度( ski

14、n-depth )？2. 复折射率 的实部有什么物理意义，与哪个定律相联系，用公式说明，对可 见光波段如何测量？对微波波段如何计算？3. 写出垂直入射和反射情况下的菲涅耳反射率的表达式。 如果界面两处都不是 空气或真空，表达式如何写？4. 请回答在微波波段的辐射传输方程( radiative transfer equation ) 各项和每个字母代表什么意义？ 大气介质内部的基尔霍夫定律体现在何处？5. 填空：平静海面的微波亮温 T通过 海面发射率e相联系，海面发射率e通过 菲涅耳反射率p相联系，菲涅耳反射率p通过 相对电容率& r相联系，相对电容率& r通过 海表面温度和盐度

15、相联系。（选择：基尔霍夫定律，菲涅耳公式，德拜方程，瑞利-金斯定律，两尺度模型）6. 填空：在1-40GHZ频率范围内，菲涅耳反射率p在 随海表面盐度变化最大，在随海表面温度变化最大， 在随海表面温度和盐度变化最小，（选择：X波段，C波段，L波段，Ka波段，Ku波段）7. 请给出下列名词的详细解释： Argo， AVHR，RCOCT，SHRPT， MODIS， NOAA/POE，SSeaWiFS SMMRTOGA TAO TOPEX要求a）写出缩写的英文原文；b）基本用 途或作用；c）如果是传感器的话，回答它属于哪个波段（例如可见光、红外、 微波波段）？哪些卫星携带了它？8. 什么是“海面亮温

16、”？在不考虑大气效应的情况下， 微波辐射计探测到的 “海 面亮温”与海面真实温度之间有什么关系？相对电容率的变化通过哪些公式导致 微波辐射计探测到的 “海面亮温”也随之变化？某处海水的真实温度为 297.67K， 然而一个5GHz微波辐射计探测的“海面亮温”却是 T=107.16K,为什么相差如 此之大？9. 请给出下列变量的定义及其相互关系：复折射率（回答其实部和虚部的物理 意义）、相对电容率、衰减系数、光学厚度和穿透深度（又称皮层深度）。对于 10GHz的电磁波，20?C海水的衰减系数（光束衰减系数 ka或者电场强度的衰减 系数 ke 中任何一个均可）和穿透深度是多少？这些数据的物理意义是

17、什么？10. 写出合成孔径雷达的距离分辨率和方位分辨率。 合成孔径雷达的采样距离与 卫星速度、 采样时间长度有什么关系？与真实孔径雷达分辨率比较， 采样距离与 孔径有什么关系？11请将下列电磁波按频率由小到大排序：C波段、Ku波段、X波段、Ka波段、红光、蓝光、绿光、紫外线、黄光、黄绿光、近红外、远红外、无线电波、X射线。12. 填空： For TOPEX/POSEIDON, each measurement of sea level height hasa precision of and an accuracy of fortypical oceanic conditions, with small geographically correlated errors. In this context, precision （ ） is the ability to determine changesin sea level over distances of 20 km, and accuracy （ ） is theuncertainty of each meas